一种具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜及制备方法与流程

本发明属于冶金，具体设计一种针对于铝合金表面特殊转化膜处理的表面处理方法，尤其是一种具有激光高损阈值的铝合金复合膜，用来针对355nm激光装置的铝合金内表面的防护，起到防止因为杂散光照射烧蚀而产生固体污染物(落尘)的目的。

背景技术：

1、材料表面改性技术是在保持材料原有性能的前提下，赋予其表面耐高温、防腐蚀、耐磨损、导电等新特性，以提高材料在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。

2、波长为355nm的紫外光在光学领域又称为三倍频，是基频光经过非线性光学过程产生的紫外光，是惯性约束装置的主要光源。高强度的激光束产生的杂散光照射到铝合金表面时会对金属表面造成烧蚀，产生固体颗粒污染物。这些固体颗粒污染物附着在光学元件表面会导致光学元件的损坏。通常金属的高损伤阈值表面大多是通过提高反射率，降低能量的吸收实现的。此处，由于需要降低杂散光的反射次数，一般高反射率的表面是无法满足设计要求。

3、在现有的激光设备制造行业中，尤其是大型高功率激光设备的制造体系中，激光防护表面仍然处于实验室的研究阶段，即通过在金属表面沉积或者镀覆防护物质。但是，这些物质大多仅仅起到提高反射率的作用，以降低对于光的吸收为目的，进而减少能量的吸收对于基体温度的提升。但是，在激光的操作过程中，由于腔体内部不受控制的反射光会带来更多的技术问题甚至安全问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜，其针对355nm激光杂散光对铝合金表面的烧蚀问题，利用纳米石墨烯和二氧化钛颗粒形成复合掺杂膜层的铝合金，利用两种纳米粒子的协同作用下使照射到表面的杂散光被吸收并以热的方式扩散到铝基底，起到防止因为杂散光照射烧蚀而产生固体污染物(落尘)的目的；

2、本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法。

3、为解决上述技术问题，本发明所述的一种具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将待处理的铝合金工件进行化学前处理，备用；

5、(2)将前处理后的所述铝合金工件置于酸液中，通电进行阳极氧化处理；

6、(3)继续将所述铝合金工件置于氧化液中，进行第一次电解处理；

7、(4)继续将所述铝合金工件置于含导热材料的分散液中进行第二次电解处理，使石墨烯纳米颗粒通过电泳作用进入孔内，沉积到底部，作为第一层电沉积；

8、(5)继续将所述铝合金工件置于含紫外吸收材料的无水电解液中进行第三次电解处理，通过正负脉冲电解沉积，生成二氧化钛层；

9、(6)将处理后的所述铝合金工件进行高温封孔处理，其表面生成水和氧化铝起到封孔的目的，即得。

10、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(2)中，所述阳极氧化步骤的电流效率为0.5-1.5a/cm2；

11、优选的，所述酸液包括硫酸溶液；

12、优选的，所述硫酸溶液的质量浓度为15-30wt％；

13、优选的，所述阳极氧化步骤的温度为5-10℃。

14、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(3)中，所述第一次电解步骤采用恒压模式，电压为氧化电压，温度为15-25℃；

15、优选的，所述氧化液包括磷酸溶液；

16、优选的，所述磷酸溶液的质量浓度为5-15wt％。

17、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(4)中，所述第二次电解步骤采用直流送电方式，电流密度为0.2-0.5a/cm2。

18、优选的，所述导热材料包括石墨烯，更优选氧化石墨烯；

19、优选的，所述含导热材料的分散液的浓度为1-3wt％。

20、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(5)中，所述第三次电解步骤采用直流电源，电压8-10v，电解时间4-8分钟；

21、优选的，还包括在第三次电解步骤前，将所述铝合金工件进行水洗及干燥的步骤。

22、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(5)中，所述紫外吸收材料包括钛盐；

23、优选的，所述紫外吸收材料包括四氯化钛；

24、优选的，所述紫外吸收材料基于所述无水电解液的质量浓度为8-12wt％。

25、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(5)中，所述无水电解液包括如下质量含量的成分：氢键受体45.7-48.4％、氢键供体39.3-41.6％、氯化锌2-3％、四氯化钛8-12％；

26、所述氢键受体包括但不限于以胆碱为阳离子的盐；

27、所述氢键供体包括但不限于尿素、丙三醇等含有胺基、羟基的有机物。

28、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(5)中，所述高温封孔步骤包括将所述铝合金工件置于沸水中进行浸泡10-20分钟的步骤。

29、具体的，所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，所述步骤(1)中，所述化学前处理包括脱脂处理、碱蚀或抛光处理、以及中和去灰处理的步骤。

30、本发明还公开了由所述方法制备得到的具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜。

31、本发明所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，通过电化学手段转化及化学手段梯度沉积方法，在铝合金工件表面形成在355nm波段具有高激光损伤阈值的功能性膜层，可以进行铝合金紫外激光烧蚀防护。

32、本发明所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，针对于355nm波段激光装置损伤，通过阳极氧化铝的天然纳米孔结构进行微分紫外光吸收单元，通过在铝合金阳极氧化纳米孔阵列为载体，通过多次沉积过程构造多层复合结构，从而提高抗激光损伤阈值的目的；同时利用了纳米石墨烯的高导热率的特性，避免因为热量的累积而造成的相变。

33、本发明所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，在进行紫外吸收材料沉积的过程中，通过引入了类离子液体溶剂体系进行电解沉积，有效解决了钛离子等无法基于水溶液进行沉积的问题，扩大了电沉积的可操作范围。

34、本发明所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜的制备方法，采用在类离子液体中沉积的方式，所述类离子液体是根据共晶理论，混合物的凝固点低于单一组分的熔点而设计的一类常温下或低温的液体，其溶剂性能有着与离子液体相同的诸多优点，例如溶解性强、非水溶剂等等的同时，类离子液体的一些特点弥补了离子液体在制备和使用时的不足，诸如对于水含量的敏感、制备成本高、大多数离子液体具有毒性。本发明所述方法拓展了阳极化后电化学沉积的可操作范围，使得很多与水反应的物质也可被沉积进入孔内。本发明所述具有激光高损伤阈值的铝合金复合膜，基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，整个加工过程可以应用于工业大规模生产，受场地，设备限制小。